水泥工艺基础知识

1、水泥工艺基础知识,内容简介,简介 硅酸盐水泥熟料 配料及生料制备 熟料煅烧 水泥制备 水泥性能,1 简介,1.1 水泥的定义和分类 1.2 通用硅酸盐水泥强度等级 1.3 生产硅酸盐水泥所用原、燃料 1.4 通用硅酸盐水泥生产过程 1.5 新型干法水泥生产工艺 1.6 原燃材料最低库存,1.1 水泥的定义和分类-定义,水泥 凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中又能在水中硬化，并能将砂、石或者纤维等牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称水泥。,胶凝材料：凡在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其它物料而具有一定机械强度的物质，称为胶凝材料。 胶凝材料分为无机和有机

2、两种。,1.1 水泥的定义和分类-分类,a、按用途和性能分,1.1 水泥的定义和分类-分类,b、按照主要水硬性物质名称分为: 硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和少熟料或者无熟料水泥,C、按主要技术特性分为： 快硬水泥、中热（低热）水泥、抗硫酸盐水泥、自应力水泥,1.2 通用硅酸盐水泥强度等级,硅酸盐水泥强度等级分为： 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级 普通硅酸盐水泥强度等级分为： 42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥强度等级分为：

3、32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级,1.3 生产硅酸盐水泥所用原、燃料,原料名称 主要品种 提供 占生料（水泥)比例 1 石灰质原料 石灰石 大理石 CaO 80% 2 粘土质原料 砂页岩 粘土 SiO2 Al2O3 Fe2O3 15% 3 校正原料 铁质校正原料 硫酸渣 铁尾矿 Fe2O3 5 硅质校正原料 硅藻土 砂岩 SiO2 铝质校正原料 炉渣 煤矸石 Al2O3 4 燃料 固体燃料 煤 液体燃料 重油 气体燃料 天燃气 5 石膏 天然石膏 磷石膏 CaSO4 5 6 混合材 矿渣 粉煤灰 0-70,1.4 通用硅酸盐水泥生产过程,1.4 通用

4、硅酸盐水泥生产过程,2、硅酸盐水泥生产过程：通常可分为三个阶段 生料制备： 石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料经破碎后，按一定比例配合、磨细并调配为成分合适、质量均匀的生料，称生料制备。 熟料煅烧： 生料在水泥窑内煅烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的熟料，称为熟料煅烧。 水泥粉磨： 熟料加适量石膏、混合材料共同磨细成水泥，称为水泥粉磨。,“两磨一烧”,1.4 通用硅酸盐水泥生产过程,3、硅酸盐水泥的生产方法 按生料制备的方法将硅酸盐水泥的生产分为： 湿法：生料为生料浆 半干法：界于湿法和干法之间 干法: 生料为生料粉,矿山开采,生料粉磨,熟料煅烧,水泥粉磨,包装出厂,1.5 新型干法生产

5、工艺-生产流程,预分解窑干法水泥生产是新型干法水泥生产技术的典型代表,1、优质：“均化链”矿山开采、原料预均化、原料配料及粉磨、生料均化四环节互 相衔接，紧密结合。优质的生料使熟料质量得到保障。 2、低耗：多功能挤压磨、新型输送设备、低压损预分解技术等的应用，熟料热耗降到 了3000kJ/kg以下(湿法窑5000kJ/kg以上）。 3、高效：悬浮预热、预分解窑技术从根本上改变了物料预热、分解过程的传热、传质， 大幅度提高热效率和生产效率，劳动生产率达10004000吨/年人。 4、环保：“均化链”技术、先进煅烧技术、高效收尘器的应用，工业废渣、劣质燃料、 AFR等综合利用增加，超标排放减少。

6、5、装备大型化：熟料烧成系统单机生产能力达10000t/d。 6、生产控制自动化：各种仪表检测、计算机控制等。 7、管理科学化：IT技术应用等。 8、投资大，建设周期长 。,1.5 新型干法水泥生产工艺-生产特点,三大生产过程（生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨）为主要生产工序。 生产工序包括： 1、原料、燃料、材料的选择及进厂 2、原料、燃料、材料的加工处理与预均化 3、原材料的配合 4、生料粉磨 5、生料的调配、均化与储存 6、熟料煅烧 7、熟料、石膏、混合材料的储存与准备 8、熟料、石膏、混合材的配合及粉磨（即水泥粉磨） 9、水泥储存、包装及发运,1.5 新型干法水泥生产工艺-生产工序,1.6

7、 原燃材料最低库存,为较好地满足生产需要，原燃材料应保持合理的储存量，根据水泥企业质量管理规程规定，其最低可用储量为：石灰石或钙质原料5天（外购石灰石10天）；硅质原料、燃料、混合材10天；铁质原料、铝质原料、石膏20天。 企业根据原燃材料准备的难易程度，在能保证正常生产前提下，可适当调整其最低可用储量。当低于最低可用储量时，应及时采取措施，限期补足。,如原燃材料库存偏低，无法实现“预控制”，难以保证产品质量。 1、因库存低，原燃料进厂后来不及检验即使用； 2、因库存抵，无法实施搭配等均化措施，入磨、入窑原燃料波动大。,库存低对产品质量影响很大！,2 硅酸盐水泥熟料,2.1 化学组成 2.2

8、矿物组成 2.3 熟料率值,2.1 硅酸盐水泥熟料化学组成,硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小的人造石 主要化学成分： CaO：62%67% SiO2：20%24% Al2O3：47% Fe2O3：2.5%6% 还有少量的MgO、SO3、Na2O、K2O、TiO2、P2O5等,2.2 硅酸盐水泥熟料矿物组成,主要矿物组成： 硅酸三钙 3CaO SiO2 （C3S） 硅酸二钙2CaO SiO2 （C2S） 铝酸三钙 3CaO Al2O3 （C3A） 铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3 （C4AF） 在12501280 C3A和C4AF熔融促进C3S顺利形成， C3S为熟料的主要矿

9、物，其含量为50%60%。 还有少量的游离氧化钙（f-CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物及玻璃体等。,硅酸盐矿物 两项之和约占75%,熔剂矿物 两项之和约占22%,2.3 硅酸盐水泥熟料率值,石灰饱和系数（KH） 物理意义：KH表示水泥熟料中的总的CaO含量减去饱和酸性氧化物（如Al2O3 、Fe2O3、SO3）所需氧化钙后，剩下的氧化钙与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需要的氧化钙含量的比值。简言之，石灰饱和系数表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。 通常KH控制在0.870.96 一般KH高，熟料强度也高 数学表达式: （p0.64时),2.3 硅酸盐水泥熟料率值,石灰饱

10、和系数（LSF）：国外（尤其欧美）采用 LSF含义：熟料中CaO含量与全部酸性组分需要结合的CaO 含量之比。 一般硅酸盐水泥熟料的LSF=90%95%，早强型水泥熟料为95%98%。 我国部分预分解窑同时采用KH值与LSF控制生产。 一般LSF高，水泥强度也高。 数学表达式:,2.3 硅酸盐水泥熟料率值,硅率 又称硅氧率（SM或n） 含义：熟料中SiO2含量与Al2O3 、 Fe2O3之和的比例。反映了熟料中硅酸盐矿物（C3S+C2S)、熔剂矿物（C3A+C4AF）的相对含量。 硅酸盐水泥熟料的n值一般控制在1.72.7。 n过高，对熟料强度有利，对煅烧不利；n过低，煅烧时易结圈、结大 块、

11、熟料强度低。 数学表达式:,2.3 硅酸盐水泥熟料率值,铝率 又称铝氧率（IM或p） 含义：熟料中Al2O3含量与 Fe2O3含量之比。 反映了熟 料中C3A和C4AF的相对含量。 硅酸盐水泥熟料的IM值一般控制在0.91.7。 p过高，不利于C3S形成；p过低，窑内易结大块、对煅烧不利。 数学表达式:,3 配料及生料制备,3.1 原料的预均化 3.2 配料的基本概念 3.3 配料方案的选择 3.4 影响配料准确性的因素 3.5 生料粉磨工艺流程 3.6 生料均化 3.7 影响生料磨产质量的因素,3.1 原料的预均化,基本原理： 破碎后的原料在储存和取用的过程中尽可能的相互平行和上下重叠的同厚

12、度的料层进行堆放（储存），取用时要垂直于料层方向同时切取不同料层，取尽为止。 预均化基本用于水泥原料中的石灰石原料和燃煤。,原料预均化的意义： 有利于入窑生料成分的稳定，保证均衡稳定生产； 有利于扩大资源利用范围（高、低品位）； 有利于利用矿山夹层废石，扩大矿山使用年限； 满足矿山储存及均化双重要求，节约建设投资。,原料均化需要有一定的“量”！,长形预均化堆场：长形预均化堆场一般设两个料堆，一个在堆料，另一个在取料，相互交替。每一个料堆储量通常可供使用5-7天。,圆形预均化堆场：圆形预均化堆场一般为圆环状，在料堆的开口处，一端在连续堆料，另一端在连续取料，整个料堆一般可连续使用4-7天。,3.

13、1 原料的预均化-预均化堆场,另：联合储库，搭配使用,人字形堆料端面取料法,堆料方式、取料方式,破浪形堆料端面取料法 倾斜形堆料侧面取料法,3.1 原料的预均化-预均化堆场,3.2 配料的基本概念,1、生料： 由石灰质原料、粘土质原料、校正原料按比例配合，粉磨到一定细度的物资，称为生料。 2、配料： 根据水泥品种、原燃料品质、工厂具体生产条件等选择合理的熟料矿物组成或率值，并由此计算所用原料及燃料的配合比，称为生料配料，简称配料。,3.3 配料方案的选择,配料方案，即熟料的矿物组成或熟料的三率值。配料方案的选择，实质上就是选择合理的熟料矿物组成，也就是对熟料三率值KH、n、p的确定。 确定配料

14、方案的依据： a、水泥品种；（通用硅酸盐水泥熟料与中热硅酸盐水泥熟料？） b、原料品质； 组份多少选择：三组份配料、四组份配料、一组份配料，配料组份越少，工艺流程越简化，越利于生产控制。(优化？） 原料质量：如石灰石品位太低、粘土中SIO2含量又不高，根本无法配料。 原料的易磨性、易烧性等:如石灰石中的燧石或黏土中的粗砂较多，则原料难磨、生料难烧，宜适当降低KH。 c、燃料品质：（直接影响熟料煅烧、熟料化学组成及矿物结构等） d、生料质量：（均匀性、细度直接影响率值确定，均匀性好细度小则KH可高些） e、生产窑型及生产方法。（预分解窑：二高一中或三高；立窑：二高一低）,3.4 影响配料准确性的

15、因素,配料工艺中存在着各种各样人为、客观因素，对熟料的形成有着直接或间接影响，如果各种原料的配比不准确，即使配料方案合理，也将导致生料的化学成分波动较大，甚至不符合配料基本要求。 影响配料准确性的主要原因有： a、工艺设备不能满足要求； b、物料成分、水分、粒度过大，均匀性差： （断料、堵料、 冲料、混料）影响计量准确及物料成分波动； c、数据反馈与调整不及时。,这里面很多问题都涉及到采购,3.4 影响配料准确性的因素-应对措施,为保证配料方案的实现，制备出符合要求成分的生料，针对上述因素及影响，生产中具体应从以下几个方面考虑提高配料的准确性： 1、加强对原燃材料的预均化，确保原燃材料成分的均

16、匀、稳定； 2、严格控制原燃材料的粒度、水分，并保持相对稳定； 3、尽量采用生料配料微机控制系统，提高计量的精度、可靠性和稳定性，实现配料的自动控制； 4、强化管理，及时合理地调整配比； 5、严格控制合同中影响质量指标和稳定性的条款（例如：含量、粒度、水分等等）。,3.5 生料粉磨工艺,粉磨系统分为开路系统和闭路系统。 开路：在粉磨过程中，物料一次通过磨机后即为产品时，称为开路系统。 石灰质原料+粘土质原料+铁质原料磨生料 闭路：当物料出磨后经分级设备选出产品，粗料返回磨机内再磨时，称为闭路系统。 石灰质原料+粘土质原料+铁质原料磨选粉机生料 1、闭路管磨系统 2、辊压机+管磨系统 3、立磨系

17、统 4、辊压机+立磨系统,粗,细,3.5 生料粉磨工艺,球磨（闭路） （ 辊压机+球磨）,球磨系统：操作简单、维护方便 辊压+球磨：提产100%-150%,3.5 生料粉磨工艺,立磨（闭路）,与球磨比：入磨粒度大，为辊径的5%8，大型立磨满足100mm150mm的块状物料直接入磨，减少破碎工序，节省投资。系统电耗仅为球磨机的40%60。设备噪音小，扬尘少，工艺布置紧凑，占地面积小。物料停留时间为2min4min,而球磨机需15min20min，生料调节快，生料成分和细度调节灵活。,3.5 生料粉磨工艺,粉磨的定义：通过外力挤压，冲击，研磨等作用克服其内部质点及晶体间的内聚力，使之由块状变为粉末

18、状的过程。 生料的质量控制：成分（氧化物含量及率值指标）、细度（ 0.2mm及0.08mm粒度筛余）。 生料成分控制是保证熟料质量和维持正常煅烧操作的前提，要求配 料方案合理、计量准确，操作精心，成分均匀稳定。,3.5 粉磨工艺-生料的细度,生料粉磨的目的：使各配合原料成为一定粒度的产品，最终满足熟料煅烧的要求。 控制生料细度的作用： 熟料的煅烧过程是一系列化学反应的过程，这些过程是在固相或液相存在的情况下进行的。物料粉磨得越细，颗粒之间的接触和碰撞机会就越多，熟料的质量就越好； 生料细度并非越低越好：当生料磨细到一定的程度再接着磨细时，对煅烧及质量的积极作用不显著，但粉磨电耗显著上升； 细度

19、包括两个含义：平均细度在一定范围内，尽量避免粗颗粒，一般控制0.2mm：1.0%-1.5%，0.08mm：8%-12%。,3.6 生料均化,定义：粉磨后的生料通过合理搭配或气力搅拌等方式，使其成分趋于均匀一致的过程称为生料均化。 原理：采用空气搅拌及重力作用下产生的“漏斗效应”,使生料粉向下降落时切割尽量多层料面予以混合，同时，在不同流化空气的作用下，使沿平行料面发生大小不同的流化膨胀作用，有的区域卸料，有的区域流化，从而使库内料面产生径向倾斜，进行径向混合均化。 作用： 生料均化程度直接影响易烧性 生料均化程度对熟料产、质量有重大影响 生料均化在生料制备过程中占重要地位 水泥工业生料制备过程

20、的四个“均化链”（矿山，预均化堆场，生料磨，均化库）中，生料均化是最重要的环节，均化周期短（14H），均化效果好（7-15）,又是入窑前的最后一个环节，所以重要地位十分显著。,3.6 生料均化,华新的生料均化采用均化库进行均化,库内形成远比充气扇区小的漏斗，物料沿漏斗流向出口， 这些漏斗直至库出口或至中心室开口处为止,连续式均化库很难处理峰值波动或（批量波动）! 切记 ! 如果库容50%均化效果急剧恶化,入磨原料水份 入磨原料粒度 原料的易磨性 配料组份的多少 喂料称运行状况与计量精度 出磨生料的细度 研磨体填充率 磨内衬板、隔仓板等形式、磨损状况 磨内通风 选粉机选粉效率 喂料量 ,3.7

21、影响生料磨产质量的因素,砂岩称故障影响喂料长达1个多小时,饱磨低产运行,砂岩称,页岩称,钢渣称,石灰石称,3.7 影响生料磨产质量的因素,4.1 熟料煅烧物理化学过程 4.2 熟料煅烧工艺 4.3 影响熟料产质量的因素,4 熟料煅烧,4 熟料煅烧,4.1 熟料煅烧-回转窑中发生的反应流程,加热 (C) 20 - 100自由水的蒸发H2O 100 - 300吸附水的排除 400 - 900粘土等矿物结构水的排除 500 硅酸盐矿物结构的改变 600 - 900 碳酸盐的分解 800贝利特（C2S）的形成，中间产物铝酸盐和铁酸盐形成 1250液相的形成 （铝酸盐和铁酸盐的溶解） 1450阿利特（C

22、3S）和贝利特反应以及生长完成 冷却 (C) 1300 - 1240液相结晶成大量的铝酸盐和铁酸盐,生料入窑后发生一系列物理化学变化 1、干燥与脱水：干燥即自由水份的蒸发，脱水即粘土矿物分解出结合水 2、碳酸盐分解：CaCO3及少量MgCO3分解放出CO2 3、固相反应：C3A、C4AF与C2S形成 4、熟料烧成：C3S形成（1300 1450 1300 ） 5、熟料冷却,4.1 熟料煅烧,4.2 熟料煅烧工艺,预分解窑,生料进入预热器预热 预热好的生料进入分解炉，碳酸盐分解 分解后的生料进入窑内煅烧成为熟料 熟料进入冷却机进行冷却,Tertiary Air Takeoff from Cool

23、er Roof,Tertiary air,Middle air,Waste air,4.2 熟料煅烧工艺-熟料冷却,水泥熟料煅烧过程中，预热，烧成，冷却是三个不可分割的工艺环节，所以，冷却机是水泥回转窑不可缺少的重要配套设备； 高温熟料由窑口进入冷却机，首先受到从蓖板下部鼓入的高压风的急速冷却，随后由蓖床推动前进，并且受到中压风的继续冷却；细小的颗粒由蓖缝漏进灰斗，小颗粒穿过栅条，大块经过破碎； 冷空气进行热交换后，高温部分作为二次风入窑，中高温为三次风引入分解炉，中温部分为烘干热源（煤磨）；低温多余的部分经收尘后由烟囱排入大气，或者进行低温余热回收。,4.2 熟料煅烧工艺-熟料冷却目的,1、

24、回收熟料带走的热量，预热二次空气，提高窑的热效率； 2、迅速冷却熟料以改善熟料质量与易磨性； 通过急冷，控制熟料中活性的C2SC2S，有利于提高熟料的质量和水泥强度的发挥；熟料急冷后，易磨性得到改善，有利于下一步粉磨工序，产量高，电耗低，混合材掺量高。 3、降低熟料温度，便于熟料的运输、贮存与粉磨。 通过冷却，确保熟料输送（裙板机，皮带）和储存熟料设施的安全。,4.3 影响熟料产质量的因素,影响熟料产质量的因素很多，主要有： 一、生料控制方面 1、合理选择熟料矿物组成是回转窑优质、高产、低消耗、长期安全 运转的重要条件； 2、生料磨得不够细，粗粒子在煅烧过程中反应不完全而影响熟料质 量；含石英

25、石、燧石多的原料易磨性和易烧性均差，影响产质量； 3、入窑生料的均齐性既影响熟料质量，又影响窑内煅烧； 4、煤的灰份高、热值低、磨得不够细，煤灰份会沉落在烧成带熟料 表面，影响熟料的煅烧，影响熟料质量； 5、原、燃料中碱、氯、硫含量高时，容易造成预热器系统的结皮与 堵塞，严重影响窑系统的均衡稳定生产。,4.3 影响熟料产质量的因素,二、煅烧制度方面 1、回转窑内的火焰长度、温度、位置都会影响熟料的质量； 2、风、煤、料配合不好，来料不均匀，还原气氛严重，也会影响熟料 产质量； 3、熟料冷却不好，对熟料质量影响较大。,5 水泥制备,5.1 熟料的储存 5.2 混合材的种类及作用 5.3 石膏的种

26、类及作用 5.4 水泥粉磨工艺 5.5 影响粉磨效率的主要因素 5.6 水泥的储存与发运,5 水泥粉磨,硅酸盐水泥=熟料+石膏+混合材 熟料和石膏必不可少！,5 水泥粉磨,水泥粉磨是水泥制造的最后一道工序，也是耗电最多的工序（70），主要就是熟料，缓凝剂，混合材粉磨至适宜粒度（细度/比表面积），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速率，满足水泥浆体凝结、硬化要求。 分解窑日趋完善，熟料生产热耗大幅度降低，而水泥生产综合电耗长期高居不下，重点关注技术的改进和突破。,5.1 熟料储存,水泥熟料出窑后，不能直接粉磨，必须经过先储存，熟料储存的目的为： 1、降低熟料温度，保证磨机正常运转，防止

27、石膏脱水 2、改善熟料质量，提高易磨性 3、保证窑磨生产的平衡，有利于控制水泥质量 熟料储存一般要求57天,5.2 混合材的种类及作用,混合材的作用：增加水泥产量、降低成本、改善和调节水泥某些性能、综合利用工业废渣、减少环境污染。 混合材的种类按其性质可分为：活性混合材和非活性混合材两大类。 活性混合材：凡天然的或人工制成的矿物材料，磨成细粉，加水后本身不硬化，但与石灰加水调成糊状，不仅能在空气中硬化，并能继续在水中硬化，符合国家有关质量标准的这类材料称为活性混合材料。 活性混合材有：粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料。 非活性混合材料：又称填充性混合材料。是指质量的活性指标不符合标准要求

28、的具有潜在水硬性或火山灰性的混合材料以及砂岩和石灰石。,5.3 石膏的种类及作用,石膏在水泥中的作用： 石膏可调节凝结时间，使凝结时间正常；又是促进水泥强度增长的激发剂。 掺量过少起不到缓凝的作用，没有石膏的水泥浆在二十分钟之内就已经凝固。太多会使安定性不良。 目前工厂所用石膏有： 二水石膏、硬石膏、磷石膏、脱硫石膏。 石膏掺量： 根据试验，综合考虑对水泥性能的影响。对水泥中的石膏用量必须依照水泥分析结果精确地控制。,5.4 粉磨系统,5.4 水泥粉磨工艺流程,水泥粉磨工艺流程：开路、闭路。 目前使用的水泥粉磨设备主要有球磨机、立式磨、辊压机等。,球磨机,粗 磨,中间粉磨,细磨,主要的大量泻落,主要的少量抛落,粉磨:,5.5 影响粉磨效率的主要因素,1、研磨体装载量与种类 2、隔仓板的位置、形式和篦孔大小 3、磨机通风 4、物料的易碎性 5、物料的温度和水份：水份大了易堵 6、粉磨细度 7、物料粒度：粒度大了易堵，达到要求粉磨细度电耗高 8、喂料均匀性 9、助磨剂,5.6 水泥的储存与发运,出磨水泥不能直接出厂，必须送入储存库储存一定时间并进行均化，经检验合格方可出厂。 水